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Tintenfisch-Gehirn wächst ähnlich wie das unsrige

Bildung großer Nervensysteme folgt offenbar ähnlichen Mechanismen

Oktopus
Die Nervensysteme von Kopffüßern bilden sich ähnlich wie unsere. © Freder/ Getty Images

Code der großen Gehirne: Tintenfische sind nicht nur erstaunlich intelligent – auch ihre großen, komplexen Gehirne entstehen ganz ähnlich wie die unsrigen, wie eine Studie enthüllt. Demnach sind die neuronalen Stammzellen bei diesen wirbellosen Tieren ähnlich angeordnet und auch im Teilungsverhalten dieser Zellen gibt es Übereinstimmungen. Das legt nahe, dass die Bildung komplexer Nervensysteme universeller sein könnte als bisher angenommen.

Kopffüßer wie Kraken oder Tintenfische haben die komplexesten Gehirne aller wirbellosen Tiere und gehören zu den intelligentesten Meeresbewohnern. Sie können zählen, Probleme lösen und sogar Werkzeuge benutzen. Außerdem ist das Gedächtniszentrum von Tintenfischen so hoch entwickelt, dass ihre Erinnerungsfähigkeit selbst im Alter nicht nachlässt. Wie genau diese komplexen Hirne entstehen, war allerdings lange rätselhaft, da Nervensysteme dieser Größenordnung sonst nur von Wirbeltieren bekannt sind.

Tintenfisch-Embryos
Die Wissenschaftler beobachteten in Echtzeit, wie sich die Nervenzellen von Tintenfisch-Embryos teilten. © Kristen Koenig

Neuronale Stammzellen ähnlich angeordnet

Ein Forschungsteam um Francesca Napoli von der Harvard University ist der Lösung dieses Rätsels nun einen Schritt nähergekommen. Sie und ihre Kollegen untersuchten, wie sich die Netzhautzellen von Embryonen des Tintenfischs Doryteuthis pealeii entwickeln und teilen. Die Augen von Kopffüßern sind sehr komplex und ähnlich einer Kamera aufgebaut. Die Analyse ihrer Sehzellen hat sich als effektive Methode herausgestellt, um Grundlegendes über die Entstehung des gesamten Nervensystems dieser wirbellosen Tiere zu erfahren.

In früheren Beobachtungen hatte sich bereits gezeigt, dass die neuronalen Stammzellen von Tintenfischen eine ähnliche Struktur aufweisen wie die von Wirbeltieren. Sie sind beim Embryo in einem sogenannten pseudostratifizierten Epithel angeordnet, einer einlagigen Schicht aus länglichen Zellen. Bei Wirbeltieren gilt das Epithel als einer der Gründe, warum ihr Nervensystem so groß und komplex werden kann. Für wirbellose Tiere ist eine solche Struktur eigentlich höchst ungewöhnlich.

Der Kernwanderung auf der Spur

Außerdem eigentlich nur für Wirbeltiere typisch: Die Kerne ihrer neuronalen Epithelzellen bewegen sich, damit die Zellen sich in großer Zahl teilen und zu einem komplexen Nervensystem entwickeln können. Falls diese Kernwanderung auch bei Tintenfisch-Embryos stattfindet, würde das einen weiteren Beleg dafür liefern, dass sich ihr Nervensystem so wie das von Wirbeltieren bildet.

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Um das zu überprüfen, verfolgten Napoli und ihre Kollegen mithilfe der Fluoreszenz-Mikroskopie, wie sich die Stammzellen der embryonalen Tintenfisch-Netzhaut teilten. Das Mikroskop lieferte über Stunden hinweg hochauflösende Bilder im Zehn-Minuten-Takt. Um die Zellen besser erkennen zu können, hatten die Wissenschaftler sie zuvor mit fluoreszierenden Farbstoffen markiert.

Komplexe Nervensysteme in neuem Licht

Das Ergebnis: Die Kerne der retinalen Epithel-Zellen wandern tatsächlich im Zuge der Zellteilung. Die neuronalen Stammzellen verhalten sich damit bei den Kopffüßern sehr ähnlich wie die von Wirbeltier-Embryos, die gerade ihr Nervensystem ausbilden. Diese Erkenntnis überraschte die Wissenschaftler, da viele dieser Mechanismen lange Zeit als Besonderheit galten, die nur bei Wirbeltieren auftritt. Dass auch wirbellose Tiere wie Kopffüßer derart ähnlich bei der Bildung ihres Nervensystems vorgehen, eröffnet einen ganz neuen Blickwinkel auf den Aufbau komplexer Nervensysteme im Allgemeinen.

„Die Tatsache, dass der Prozess sehr ähnlich abläuft, lässt uns vermuten, dass diese beiden unabhängig voneinander entstandenen, sehr großen Nervensysteme die gleichen Mechanismen nutzen, um sie aufzubauen“, erklärt Napolis Kollegin Kristen Koenig. Das könnte auch erklären, warum Tintenfische eine so hohe Intelligenz entwickelt haben, obwohl sie „nur“ wirbellose Tiere sind. (Current Biology, 2022, doi: 10.1016/j.cub.2022.10.027

Quelle: Harvard University

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